Очистка вод коагуляцией и флокуляцией.

Коагуляция – это процесс укрупнения дисперсных частиц в результате их взаимодействия и объединения в агрегаты. В очистке сточных вод ее применяют для ускорения процесса осаждения тонкодисперсных примесей и эмульгированных веществ. Коагуляция может происходить самопроизвольно, под влиянием добавляемых к ним специальных веществ коагулянтов. Коагулянты в воде образуют хлопья гидратов окиси металлов, которые быстро оседают под действием силы тяжести. Хлопья обладают способностью улавливать коллоидные и взвешенные частицы агрегировать их. Коллоидные частицы имеют слабый отрицательный заряд, а хлопья коагулянтов слабый положительный заряд, в результате между ними возникает взаимное притяжение. Процесс гидролиза коагулянтов и образование хлопьев происходит по следующим стадиям:

Ме³⁺ + НОН            Ме(ОН)²⁺ + Н⁺

Ме(ОН)² + НОН         Ме(ОН)⁺₂ + Н⁺

Ме(ОН)⁺₂ + НОН         Ме(ОН)₃ + Н⁺

Ме³⁺ + НОН            Ме(ОН)₃ + 3Н⁺

В качестве коагулянтов используют обычно соли алюминия, железа или их смеси. Выбор коагулянта зависит от его состава, физико-химических свойств и стоимости.

Скорость коагуляции зависит от концентрации электролита. При малых концентрациях электролита эффективность соединений частиц, т.е. отношение числа столкновений окончившихся слипанием к общему числу столкновений близки к нулю (φ = 0). По мере роста концентрации скорость коагуляции увеличивается, но не все столкновения эффективны – такую коагуляцию называют медленной. При φ = 1 наступает быстрая коагуляция, при которой все столкновения частиц заканчиваются образованием агрегатов.

В полидисперсных системах коагуляция происходит быстрее, чем в монодисперсных, так как крупные частицы пи оседании увлекают за собой более мелкие. Форма частиц так же влияет на скорость коагуляции. Например, удлиненные частицы коагулируют быстрее, чем шарообразные. Размер хлопьев (пределах 0,5 – 3мм) отделяются между молекулярными силами удерживающими частицы в месте, и гидродинамическими силами отрыва, стремящимся разделить агрегаты. Прочность хлопьев зависит от гранулометрического состава образующихся частиц и их пластичности. Агломераты частиц неоднородных по размеру прочнее однородных. Вследствие выделения газов из воды, а так же в результате аэрации и флотации происходит газонасыщение хлопьев, которое сопровождается уменьшением объемного веса хлопьев и уменьшением скорости осаждения хлопьев. 

Флотация – это процесс агрегации взвешенных частиц при добавлении в сточную воду высокомолекулярных соединений, называемых флокулянтами. В отличии от когуляции при флокуляции агрегация проходит не только при непосредственном контакте частиц но и в результате взаимодействия молекул адсорбируемого на частице флокулянта.

Флокуляцию проводят для интенсификации процесса образования хлопьев гидроокисей алюминия и железа с целью повышения скорости осаждения. Использование флокулянтов позволяет снизить дозы коагулянтов, уменьшить продолжительность процесса коагулирования и повысить скорость осаждения образующихся хлопьев.

Для очистки сточных вод используют природные и синтетические флокулянты. К природным относятся: крахмал, декстрин, эфиры и д.р. Активная кремневая кислота является наиболее распространенным неорганическим флокулянтом. Из синтетических наибольшее применение получил полиакриламид технический и гидрализованный. Технический получают при взаимодействии акрилонитрила с серной кислотой с последующей полимеризацией акриламида. Гидролизованный получают омывание технического полиакриламида щелочью. При выборе состава и дозы флокулянта учитывают свойства его макромолекул и природу диспергированных частиц. Оптимальная доза технического полиакриламида при очистки промышленных сточных вод колеблется в пределах 0,4 – 1 г/м³  . Пол иакриламид действует в широком диапазоне pH среды. Однако скорость осаждения сфокулированных хлопьев при pH – 9 уменьшается.

Механизм действия флокулянтов основан на следующих явлениях: адсорбции молекул флокулянта на поверхности коллоидных частиц;

· ретикуляции (образование сетчатой структуры) молекул флокулянта;

· слипание коллоидных частиц за счет сил Ван – дер – Вальса.

Эффективность флокулянта рассчитывается по формуле:

Где V _cф – V – скорость осаждения сфокулированного и несфокулированного шлама соответственно, мм/сек; д – расход флокулянта на 1т твердого вещества, г.

Процесс очистки сточных вод коагуляцией и флотацией состоит из нескольких стадий:

1. дозирование и смешивание реагентов сточной водой;
2. хлопьеобразование;
3. осаждение хлопьев.

Для смешивания коагулянтов и флокулянтов с водой применяют гидравлические и механические смесители. В гидравлических смесителях смешение происходит вследствие изменения направления движения и скорости потока воды. В механических смесителях – аппаратах с мешалками, процесс перемешивания происходит равномерно и медленно, чтобы частицы при сближении образовывали хлопья, которые не разрушались бы при вращении мешалки. После смешения сточных вод с реагентами вода направляется в камеры хлопьеобразования. Используют перегородочные, вихревые с механическими мешалками камеры. Образованнее хлопьев происходит за 30 – 40 минут.

Камера представляет собой резервуар, разделенный перегородками ряд последовательно проходимых водой коридоров. Скорость движения воды в коридорах принимают 0,2 – 0,3 м/сек.

 Осаждение хлопьев происходит в отстойниках и осветлителях. Часто процессы смешивания, коагулирования и осаждения проводят в одном аппарате.